HALAMAN PENGESAHAN LAPORAN PENELITIAN PELAKSANAAN PENELITIAN PF/PAK/PPM 1 a. Judul Penelitian : Evaluasi Kinerja Bangunan Tidak Beraturan 6- dan 10-Lantai dengan Vertical Set-Back 50% di Wilayah 6 Peta Gempa Indonesia yang Direncanakan secara Pseudo Elastis dan Kapasitas Sesuai SNI 03-2847-2002 b. Bidang Ilmu : Earthquake Engineering/Teknik Sipil 2 Ketua Peneliti: a. Nama Lengkap dan Gelar : Ima Muljati, S.T., M.Eng. b. Jenis Kelamin : L/P c. NIP : 93031 d. Jabatan Fungsional : 3D e. Jurusan/Fakultas/Pusat Studi : Teknik Sipil/ FTSP 3 Alamat Ketua Peneliti a. Alamat Kantor (Telp/fax/e-mail) : Jurusan Teknik Sipil, UK Petra Jl. Siwalankerto 121 131 Surabaya +62 31 2983398; imuljati@petra.ac.id b. Alamat Rumah (Telp/fax/e-mail) : Rungkut Lor VG/27 Surabaya +62 31 8705115; +62 818 504496 4 Jumlah Anggota Peneliti : 3 a. Nama Anggota Penelitian I : Prof. Ir. Benjamin Lumantarna, M.Eng., Ph.D. b. Nama Anggota Penelitian II : Teguh Lauwis, S.T. c. Nama Anggota Penelitian III : Indra Sujanto, S.T. 5 Lokasi Penelitian : Surabaya 6 Kerjasama dengan institusi lain : --- 7 Jangka Waktu Penelitian : 6 bulan 8 Biaya yang diusulkan a. Sumber dari UK Petra : b. Sumber lainnya : Rp. 3,000,000 Total : Rp. 3,000,000 Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Sipil Surabaya, 1 September 2010 Ketua Peneliti, (Daniel Tjandra, S.T., M.Eng.) (Ima Muljati, S.T., M.T., M.Eng.) NIP: 03010 NIP: 93031 Mengetahui: Dekan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan (Ir. Handoko Sugiharto, M.T.) NIP: 84028 i
RINGKASAN DAN SUMMARY Dalam perencanaan struktur tahan gempa, struktur direncanakan agar memiliki pola keruntuhan yang aman, yaitu beam side sway mechanism. Pada mekanisme ini balok-balok diharapkan mengalami keruntuhan terlebih dahulu sebelum kolom. Oleh sebab itu kolom direncanakan lebih kuat daripada balok yang dikenal dengan konsep strong column weak beam. Konsep strong column weak beam dicapai melalui perencanaan kapasitas yang telah diadopsi dalam SNI 03-2847- 2002 tentang tata cara perencanaan struktur beton bertulang untuk bangunan gedung. Kolom direncanakan berdasarkan kapasitas nominal balok yang dikalikan dengan faktor overstrength sebesar 1,20. Beberapa penelitian terakhir terhadap kinerja bangunan dari struktur beton bertulang yang direncanakan sebagai Sistem Rangka Pemikul Momen Khusus (SRPMK) sesuai SNI 03-2847-2002, menunjukkan bahwa mekanisme strong column weak beam belum dapat dipenuhi. Beberapa pelelehan masih terjadi pada kolom walaupun masih dalam tahap awal, dan struktur menunjukkan mekanisme yang tidak aman seperti soft storey mechanism. Hal ini terjadi pada bangunan beraturan maupun tidak beraturan. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa faktor overstrength yang dipergunakan untuk perencanaan kolom masih belum mencukupi untuk menjamin terjadinya strong column weak beam. Pada saat yang sama, ada mekanisme keruntuhan aman lainnya yang bisa dipilih dalam perencanaan struktur tahan gempa, yaitu partial side sway mechanism. Dalam mekanisme ini semua balok dan kolom-kolom tertentu diperkenankan menjadi plastis sedangkan sebagian kolom lainnya harus dijaga agar tetap elastis. Perencanaan struktur yang berbasiskan mekanisme ini disebut Perencanaan Pseudo Elastis. Aplikasi perencanaan pseudo elastis pada bangunan beraturan menunjukkan hasil yang baik. Sedangkan pada bangunan tidak beraturan dengan coakan sudut, pseudo elastis menunjukkan hasil yang kurang memuaskan akibat kurang sesuainya penggunaan faktor pengali untuk kolom-kolom elastis. Untuk melengkapi hasil penelitian di atas maka diperlukan penelitian lebih lanjut khususnya mengenai kinerja perencanaan kapasitas dan pseudo elastis pada bangunan tidak beraturan lainnya. Penelitian ini difokuskan pada bangunan tidak beraturan dengan vertical set-back 50% yang direncanakan sebagai SRPMK. Bangunan yang diteliti adalah gedung perkantoran 6- dan 10-lantai yang terletak di wilayah 6 peta gempa Indonesia. Persyaratan waktu getar alami fundamental yang ditentukan dalam pasal 5.6 SNI 03-1726-2002 tidak ditinjau untuk menghindari penggunaan dimensi balok/ kolom yang berlebihan yang menyebabkan dipakainya tulangan minimum. Untuk mendapatkan kinerja struktur maka dilakukanlah analisis statis nonlinier pushover dan analisis dinamis nonlinier time history. Kinerja struktur diukur berdasarkan parameter drift dan damage index sesuai ketentuan Asian Concrete Model Code. Hasil penelitian menunjukkan bahwa secara umum kinerja desain kapasitas relatif sama dibandingkan pseudo elastis. Mekanisme strong column ii
weak beam tidak sepenuhnya bisa dijamin oleh kedua metode. Beberapa sendi plastis masih terbentuk pada kolom yang seharusnya tetap elastis. Walaupun demikian tingkat pelelehan kolom masih dalam tahap awal dan struktur tidak menunjukkan mengalami mekanisme soft storey mechanism yang membahayakan. Ada kecenderungan semakin tinggi jumlah lantai bangunan, Pseudo Elastis memberikan kinerja struktur yang semakin baik dibandingkan Desain Kapasitas dan penggunaan beton dan baja tulangan juga semakin hemat. iii
PRAKATA Penelitian ini merupakan bagian dari penelitian mengenai Perencanaan Berbasis Kinerja (Performance Based Design) yang dilakukan di Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Kristen Petra. Tujuan utama penelitian tentang Perencanaan Berbasis Kinerja ini adalah memberikan kontribusi aktif dalam penyempurnaan peraturan perencanaan struktur beton dan baja untuk bangunan gedung di Indonesia. Dalam kesempatan ini Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang telah terlibat, yaitu: 1. Tuhan Yang Maha Esa, atas perkenan dan hikmatnya sehingga penelitian ini boleh berlangsung dengan lancar. 2. Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Kristen Petra yang telah mengijinkan penelitian ini untuk dilaksanakan dan ditindaklanjuti. 3. Pusat Penelitian, Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat Universitas Kristen Petra yang telah memberikan panduan bagi penulisan laporan penelitian ini. Pada akhirnya penelitian ini tidak lepas dari beberapa kekurangan yang tidak bisa kami hindari. Untuk itu kami mohon maaf jika ada kesalahan, baik itu disengaja maupun tidak. Kami mengharapkan penelitian ini dapat berguna bagi semua pihak yang membutuhkan, terutama demi kemajuan dunia teknik sipil di Indonesia. Surabaya, 1 September 2010 Penulis iv
DAFTAR ISI HALAMAN PENGESAHAN... i A. LAPORAN HASIL PENELITIAN RINGKASAN DAN SUMMARY... ii PRAKATA... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... vii BAB I PENDAHULUAN... 1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4 BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN... 11 BAB IV METODE PENELITIAN... 12 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN... 20 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN... 44 DAFTAR PUSTAKA... 46 LAMPIRAN 1... 48 B. DRAF ARTIKEL ILMIAH... 50 C. SINOPSIS PENELITIAN LANJUTAN... 63 v
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Matrik Kinerja Struktur versi ACMC... 9 Tabel 5.1 Dimensi Balok-Kolom Struktur 6- dan 10-lantai 20 Tabel 5.2 Kinerja Batas Layan Bangunan 6-lantai... 21 Tabel 5.3 Kinerja Batas Layan Bangunan 10-lantai... 22 Tabel 5.4 Kinerja Batas Ultimit Bangunan 6-lantai... 22 Tabel 5.5 Kinerja Batas Ultimit Bangunan 10-lantai... 23 Tabel 5.6 Matrik Kinerja Struktur Berdasarkan Drift... 38 Tabel 5.7 Matrik Kinerja Struktur Berdasarkan Damage Index Balok 39 Tabel 5.8 Matrik Kinerja Struktur Berdasarkan Damage Index Kolom Tabel 5.9 Elastis 39 Matrik Kinerja Struktur Berdasarkan Damage Index Kolom Plastis 40 Tabel 5.10 Perbandingan Volume Beton. 41 Tabel 5.11 Berat Tulangan. 41 Tabel 5.12 Perbandingan T plastis prediksi dan T plastis aktual.. 42 Tabel 5.13 Perbandingan FP yang Digunakan dengan FP aktual. 42 vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Struktur dengan Vertical Set-Back. 1 Gambar 1.2 Side Sway Mechanism.. 2 Gambar 1.3 Soft Story Mechanism... 2 Gambar 1.4 Partial Side Sway Mechanism. 2 Gambar 1.5 Portal Interior.. 3 Gambar 1.6 Portal Eksterior 3 Gambar 2.1 Perpindahan pada Bangunan Tanpa Vertical Set-Back. 4 Gambar 2.2 Perpindahan pada Bangunan dengan Vertical Set-Back.. 4 Gambar 2.3 Distribusi Gaya Geser pada Pseudo Elastis... 5 Gambar 2.4 Proses Mendapatkan C T dan C 500th. 8 Gambar 4.1 Diagram Alir Metodologi Penelitian.. 12 Gambar 4.2 Denah Struktur Bangunan 6- dan 10-Lantai... 14 Gambar 4.3 Elevasi Bangunan 6- dan 10-Lantai. 14 Gambar 4.4 Respon Spektrum Gempa Rencana... 15 Gambar 5.1 Ketentuan Penamaan Jenis Kolom pada Tabel 5.1.. 21 Gambar 5.2 Displacement dan Drift Struktur PE6-6... 23 Gambar 5.3 Displacement dan Drift Struktur CD6-6... 24 Gambar 5.4 Displacement dan Drift Struktur PE6-10... 24 Gambar 5.5 Displacement dan Drift Struktur CD6-10... 24 Gambar 5.6 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 2, Bangunan 6-lantai Gempa 50-tahun. 25 Gambar 5.7 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 3, Bangunan 6-lantai Gempa 50-tahun 26 Gambar 5.8 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 2, Bangunan 6-lantai Gempa 200-tahun. 26 Gambar 5.9 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 3, Bangunan 6-lantai Gempa 200-tahun.. 27 Gambar 5.10 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 2, Bangunan 6-lantai Gempa 500-tahun.. 27 Gambar 5.11 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 3, Bangunan 6-lantai Gempa 500-tahun.. 28 Gambar 5.12 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 2, Bangunan 6-lantai Gempa 1000-tahun. 28 Gambar 5.13 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 3, Bangunan 6-lantai Gempa 1000-tahun. 29 Gambar 5.14 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 2, Bangunan 10-lantai, Gempa 50-tahun.. 30 Gambar 5.15 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 3, Bangunan 10-lantai, Gempa 50-tahun. 31 Gambar 5.16 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 2, Bangunan 10-lantai, Gempa 200-tahun 32 Gambar 5.17 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 3, Bangunan 10-lantai, Gempa 200-tahun. 33 Gambar 5.18 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 2, Bangunan 10-lantai, Gempa 500-tahun 34 vii
Gambar 5.19 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 3, Bangunan 10-lantai, Gempa 500-tahun. 35 Gambar 5.20 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 2, Bangunan 10-lantai, Gempa 1000-tahun. 36 Gambar 5.21 Lokasi Sendi Plastis dan Damage Index Portal 3, Bangunan 10-lantai, Gempa 1000-tahun.. 37 Gambar 5.22 Posisi Tulangan Lapangan dan Tumpuan 41 viii